吉林盐碱水田区全年候土壤有机碳变化机制及变暖潜势研究

吉林西部为世界三大盐碱土区之一，位于全球变化研究中国东北样带内，是气候变化、土地冻融交替显著和碳循环研究的重要地区。本项目针对引水和改造盐碱地开发水田工程，采用遥感监测与动态分析、野外监测和室内实验模拟等方法，研究水稻生长期和冻融期土壤有机碳（SOC）变化的影响机制；综合考虑自然因素和管理措施对SOC的影响，修正DNDC模型参数，模拟SOC变化规律，评估全年候水田SOC储量；揭示SOC和温室气体排放量的动态平衡关系，评价区域全球变暖潜势；预测工程实施后水田总有机碳截存量及温室气体排放量，提出水田区碳减排对策。项目在将冻融期SOC变化纳入全年SOC变化的研究，评价与预测区域全球变暖潜势值等方面具有特色。成果对于深入理解冻融期水田SOC变化规律，准确估算土壤碳库储量，完善北方冻土区陆地生态系统碳循环研究的技术方法体系，为减缓与适应全球变化改进土地管理方式等方面有重要的理论意义和应用价值。

吉林西部为世界三大盐碱土区之一，位于全球变化研究中国东北样带内，是气候变化、土地冻融交替显著和碳循环研究的重要地区。本项目针对研究区引松花江水和改造盐碱地开发水田等工程，以盐碱水田区土壤为对象，采用遥感和野外现场监测、小区模拟试验和室内实验等方法，筛选出SOC变化的影响因子，研究水稻生长期和冻融期土壤有机碳（SOC）变化的影响机制；综合考虑自然因素和水肥管理措施对SOC的影响，评估全年候水田SOC储量；摸清了生长期水田CO2、CH4和N2O三种温室气体排放通量和排放规律，评价区域全球变暖潜势。研究结果表明（1）：生长期盐碱水田SOC呈现出“减—减—增—减”、SIC呈现“增—增—减—增”、总碳呈现“增—减—增—减”的变化特征，一个生长期后，总碳和SOC含量增加，生长期水田土壤总碳库具有碳汇效应。各因素对SOC的影响程度依次为水解氮、电导率、多酚氧化酶、蔗糖酶、pH、过氧化氢酶。（2）水田SOC含量和各类酶活性在生长期皆呈现出表层大于底层的趋势。土壤总碳、SOC、水溶性有机碳和微生物生物量碳含量随土壤剖面深度增加而降低。不同开发年限和不同期土壤蔗糖酶的活性最大。土壤微生物菌群数量与SOC、微生物量碳呈正相关，与可溶性有机碳呈负相关。（3）季节性冻融循环过程中，SOC均呈先减后增的动态，SIC呈先增后减然后再增加的波动变化；经历冻融循环后，整体呈现SOC降低、SIC增加的趋势。冻融期SOC与水解氮、含水率、含盐量呈正相关关系，与pH呈负相关；SIC恰恰相反。冻融结束后，土壤0-50cm SOC储量降低、SIC储量增加。（4）生长期温室气体排放规律有所差异，土壤CH4排放高峰值在7月末至8月末； N2O在返青分蘖交界、孕穗期与灌浆期呈多峰排放趋势；自水稻种植后不断释放CO2，直至在7月中旬拔节孕穗期达到高峰，然后快速下降至抽穗期达到第二高峰。（5）间歇灌溉条件下的CO2气体排放量明显高于长期淹水的水田。施用氮肥对N2O和CO2排放影响较为明显，合理的灌溉方式和施肥量可有效减少温室气体的排放。（6）盐碱水田在开发过程中总体表现为碳释放，对全球变暖做出了贡献。项目在将冻融期SOC变化纳入全年SOC变化的研究，评价与预测区域全球变暖潜势值等方面具有特色。成果对于完善北方冻土区陆地生态系统碳循环研究的技术方法体系，为减缓与适应全球变化改进土地管理方式等方面有重要的理论意义和应用价值